“計算機(jī)控制技術(shù)”教學(xué)方法探索

摘要：“計算機(jī)控制技術(shù)”是電氣自動化的專業(yè)必修課，是一門理論和實踐緊密結(jié)合、綜合性很強的課程，涉及的專業(yè)知識面很廣，在專業(yè)課程體系中起到了融會貫通和綜合應(yīng)用的作用。針對該課程的特點，結(jié)合實際教學(xué)過程中的現(xiàn)狀和存在的問題，提出有效開展“計算機(jī)控制技術(shù)”教學(xué)的方法和途徑，并取得了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：計算機(jī)控制技術(shù)；自動化；微型計算機(jī)

作者簡介：康勝武（1973-），男，湖北武漢人，武漢工業(yè)學(xué)院電氣信息工程系，講師；毛哲（1957-），男，湖北武漢人，武漢工業(yè)學(xué)院電氣信息工程系，教授。（湖北武漢430023）

中圖分類號：G642#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文章編號：1007-0079（2012）16-0033-02

一、計算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)過程復(fù)雜性與集成度的提高，計算機(jī)控制系統(tǒng)得到了迅速的發(fā)展。計算機(jī)控制系統(tǒng)是自動控制系統(tǒng)發(fā)展的高級階段，是自動控制系統(tǒng)中非常重要的一個分支。計算機(jī)控制系統(tǒng)利用計算機(jī)的軟件和硬件代替自動控制系統(tǒng)中的控制器，它以自動控制理論和計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，綜合了計算機(jī)、自動控制和生產(chǎn)過程多方面的知識。由于計算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用，許多傳統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)和方法被替代，工廠的信息利用率大大提高，控制質(zhì)量更趨穩(wěn)定。當(dāng)前，計算機(jī)控制系統(tǒng)已成為許多大型自動化生產(chǎn)線不可缺少的重要組成部分，生產(chǎn)過程自動化的程度以及計算機(jī)在自動化中的應(yīng)用程度已成為衡量工業(yè)企業(yè)現(xiàn)代化水平的一個重要標(biāo)志。這就要求從事自動控制的工程技術(shù)和研發(fā)人員不僅要掌握生產(chǎn)工藝流程和自動控制理論的基礎(chǔ)知識，而且還必須掌握計算機(jī)控制系統(tǒng)有關(guān)硬件、軟件、控制規(guī)律、數(shù)據(jù)通信、現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)據(jù)庫等方面的專業(yè)知識和技術(shù)，從而達(dá)到設(shè)計和應(yīng)用計算機(jī)控制系統(tǒng)的目的。[1，2]

二、課程特點及教學(xué)現(xiàn)狀

“計算機(jī)控制技術(shù)”是電氣自動化專業(yè)的重要專業(yè)骨干課程，是計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)、自動檢測與傳感技術(shù)相結(jié)合的綜合應(yīng)用技術(shù)，它是面向?qū)嶋H工程控制領(lǐng)域，融合了計算機(jī)技術(shù)和控制理論后發(fā)展起來的理論性和實踐性都很強的一門學(xué)科。該課程要求學(xué)生對前期所學(xué)的PLC、電機(jī)拖動、傳感器技術(shù)、自控仿真、微型計算機(jī)原理、程序設(shè)計和自動控制等理論知識要有一個全面的掌握，有承上啟下的作用。正確處理本課程與其他課程的關(guān)系以及它們之間的內(nèi)在聯(lián)系，形成完整而系統(tǒng)的知識體系，是本課程的主要作用；它要求學(xué)生從工程技術(shù)角度出發(fā)，注意理論和實踐相結(jié)合，設(shè)計和仿真相結(jié)合，掌握計算機(jī)控制系統(tǒng)的基本分析和設(shè)計方法。由于本課程有一定的工程應(yīng)用要求，與實際工業(yè)的生產(chǎn)過程緊密結(jié)合，所以實踐性較強。在講授過程中，教師應(yīng)當(dāng)綜合有關(guān)課程的基本內(nèi)容，將學(xué)生學(xué)到的知識通過本課程有機(jī)結(jié)合在一起，使學(xué)生在學(xué)完本課程后了解并掌握如何正確地選擇和組織計算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件、硬件、外圍設(shè)備和接口通道以及控制管理生產(chǎn)過程的基本原理和方法，將控制對象，硬件（微處理器、存儲器、接口通道和自動化儀表等）和軟件（系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件）組織成一個有機(jī)的整體，形成完整的計算機(jī)控制系統(tǒng)，達(dá)到預(yù)定的控制目的。因此，如何提高教學(xué)效果，在規(guī)定學(xué)時內(nèi)既要讓學(xué)生掌握相關(guān)的理論知識，又要培養(yǎng)學(xué)生的動手實踐能力成為教學(xué)的重要任務(wù)。目前教學(xué)過程中的現(xiàn)狀和存在的問題主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1.“計算機(jī)控制技術(shù)”是一門與多課程相關(guān)、實踐性很強的課程

該課程既要求學(xué)生有較好的控制理論基礎(chǔ)，又要求學(xué)生有硬件電路設(shè)計和軟件程序設(shè)計仿真的能力，能將所學(xué)的知識融會貫通。學(xué)生普遍反映學(xué)時較少，大部分時間用在了理論和方法的學(xué)習(xí)上，這就制約了學(xué)生應(yīng)用理論知識解決實際工程問題的能力，難以在規(guī)定的課時內(nèi)達(dá)到該課程的教學(xué)要求。

2.該課程對學(xué)生能力的培養(yǎng)

由于學(xué)生在先期的課程學(xué)習(xí)中忽視了動手能力的培養(yǎng)，又缺乏相應(yīng)的工程實踐機(jī)會，在遇到實際問題時，往往從書本中找答案，不能靈活應(yīng)用知識來解決問題，這也說明平時實踐動手能力培養(yǎng)的重要性。

3.缺乏資金，實驗設(shè)備落后

實驗箱硬件電路接線方式固定，缺乏靈活性，實驗項目偏少，軟硬件環(huán)境限制了實驗內(nèi)容多以驗證性實驗為主（如A/D、D/A轉(zhuǎn)換實驗，采樣與保持實驗，平滑與數(shù)字濾波實驗，積分分離PID控制實驗和最小拍控制系統(tǒng)等），綜合設(shè)計性實驗偏少（主要為直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速實驗，溫度閉環(huán)控制實驗和步進(jìn)電機(jī)調(diào)速實驗），試驗箱配套的軟件相對簡單且容易出錯，沒有相應(yīng)的自控仿真工具，軟硬件基本脫節(jié)，限制了對學(xué)生自主動手設(shè)計能力的訓(xùn)練，理論教學(xué)與實驗教學(xué)不能有機(jī)結(jié)合。

4.教學(xué)效果方面

在講授硬件接口技術(shù)時，由于與微型計算機(jī)技術(shù)課程內(nèi)容有部分重復(fù)所以學(xué)生注意力不是太集中；但在講授控制規(guī)律過程中由于理論性較強比較枯燥學(xué)生又很難理解。比如數(shù)字控制器設(shè)計方法中有大量的公式推導(dǎo)，過程比較煩瑣，學(xué)生不易掌握，從而缺乏學(xué)習(xí)興趣，課堂教學(xué)效果不理想。

三、教學(xué)方法探討

針對“計算機(jī)控制技術(shù)”課程教學(xué)的現(xiàn)狀及存在的以上問題進(jìn)行深入分析，結(jié)合目前實際現(xiàn)狀，應(yīng)該采取以下措施來解決這些問題以提高計算機(jī)控制技術(shù)課程的教學(xué)質(zhì)量。

1.合理進(jìn)行課程體系設(shè)置

“計算機(jī)控制技術(shù)”課程涉及的課程較多，“自控原理”是理論基礎(chǔ)，“微型計算機(jī)原理”、“電路設(shè)計”和“PLC”等是硬件基礎(chǔ)，“C語言程序設(shè)計”、“數(shù)據(jù)庫理論”、“自動仿真”是軟件基礎(chǔ)，而“計算機(jī)控制技術(shù)”則提出相應(yīng)的控制方法，各課程之間有一定的關(guān)聯(lián)但內(nèi)容又是相對獨立的，它們構(gòu)成了自動化控制類學(xué)科的基本教學(xué)體系。在傳統(tǒng)教學(xué)模式中強調(diào)各課程的相對獨立性和完整性，忽略了它們之間的關(guān)聯(lián)性，導(dǎo)致學(xué)生在綜合應(yīng)用時往往無從下手。教研組應(yīng)對整個學(xué)科的課程體系有一個合理的設(shè)置，在時間安排上盡量保證各課程之間的無縫銜接，教師在授課時也要注意本課程在整個體系中的承上啟下作用，在部分章節(jié)內(nèi)容和實驗計劃中應(yīng)注意與其他課程的關(guān)聯(lián)性。

2.改革考核方式

本課程工程實踐性較強，不能按其他基礎(chǔ)理論課程的考試方式來考核學(xué)生，那樣的方式只能使學(xué)生死記硬背書本理論知識，為考試而學(xué)習(xí)；應(yīng)加大實驗考核的比重，強調(diào)實驗環(huán)節(jié)的重要性。教師要對學(xué)生的實驗報告嚴(yán)格審核把關(guān)并記入總評成績，實驗報告要求內(nèi)容完整、實驗方案合理、步驟清晰、實驗數(shù)據(jù)真實可靠、結(jié)果分析邏輯嚴(yán)謹(jǐn)。同時，教師應(yīng)鼓勵學(xué)生提出自己的新思路和新方案，并在考評時給與額外加分。筆試應(yīng)重點考查學(xué)生的綜合分析能力，避免學(xué)生對基礎(chǔ)理論知識的死記硬背。

3.合理選擇實驗項目

現(xiàn)有的一些專業(yè)課程實驗內(nèi)容多以驗證性實驗為主。計算機(jī)控制實驗是培養(yǎng)理論聯(lián)系實際、動手能力的重要手段，在教學(xué)中應(yīng)減少驗證性實驗內(nèi)容，增加綜合性和設(shè)計性的實驗內(nèi)容。如，溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)，直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)試控制系統(tǒng)就要求學(xué)生根據(jù)系統(tǒng)的功能和性能指標(biāo)完成系統(tǒng)的總體設(shè)計，在實驗平臺上搭建硬件系統(tǒng)。在計算機(jī)上安裝Keil、Matlab和Protues等軟件，要求學(xué)生在Matlab環(huán)境中建立控制系統(tǒng)的理論仿真模型，加深對控制理論的理解。在Proteus平臺和Keil軟件的支持下，要求學(xué)生完成系統(tǒng)電路設(shè)計，程序編寫、調(diào)試和仿真的整個過程，鍛煉學(xué)生的軟硬件動手實踐的能力。

4.增設(shè)創(chuàng)新型實驗

為了培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力，可以組織一些動手能力強的同學(xué)成立興趣小組，指導(dǎo)老師提出一些以工程應(yīng)用為背景的實際項目，如步進(jìn)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)、爐溫控制系統(tǒng)等設(shè)計，給出具體的功能和性能指標(biāo)，要求學(xué)生完成從理論設(shè)計、硬件選型、制板、電路焊接，系統(tǒng)調(diào)試運行和撰寫實驗報告的全部工作，鼓勵學(xué)生在設(shè)計制作過程中有創(chuàng)新性，實驗室提供相應(yīng)的設(shè)備支持，學(xué)生在完成過程中遇到困難，老師可提供適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)?？梢砸髮W(xué)生以組為單位，通過分組評比，調(diào)動學(xué)生實驗的積極性和主動性，提高學(xué)習(xí)效果。

5.充分利用多媒體教學(xué)手段

將工業(yè)制造過程中的自動化生產(chǎn)和監(jiān)控視頻作為教學(xué)錄像搬入課堂，使學(xué)生能在較短的時間內(nèi)了解計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)場知識，以彌補感性認(rèn)識的不足，擴(kuò)大知識面。在講授控制規(guī)律時應(yīng)用Matlab軟件，將枯燥的理論知識通過仿真模型以圖形化的方式給學(xué)生演示，讓學(xué)生對控制過程和結(jié)果有一個清楚的理解。同時，多媒體進(jìn)行教學(xué)可以提高教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量，使學(xué)生更加直觀地學(xué)到知識，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

6.課堂授課方式靈活化

基本的理論和方法由老師講授，布置一些工程案例供學(xué)生討論，采用分組方式，要求學(xué)生課下準(zhǔn)備材料，在課堂上每組學(xué)生可以上臺講述自己的設(shè)計思路和方案，其他同學(xué)可以進(jìn)行分析評比并提出疑問。因為同一問題可以有多種解決途徑，通過討論可以開拓大家的思路，集思廣益，有利于學(xué)生更好地掌握工程案例的解決方法。如果學(xué)生認(rèn)真投入，老師善于引導(dǎo)，這種課堂討論方式就會收到很好的教學(xué)效果，它既活躍了學(xué)生的思想，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)造性，又提高了其分析問題和解決問題的能力。

7.提高教師業(yè)務(wù)能力

教學(xué)改革中，教師必須不斷探索這門理論性和實踐性都很強、內(nèi)容更新快的專業(yè)課的教學(xué)規(guī)律。及時總結(jié)教學(xué)中的經(jīng)驗體會，及時跟蹤本專業(yè)在國內(nèi)外的技術(shù)動態(tài)和學(xué)術(shù)發(fā)展趨勢，不斷學(xué)習(xí)該門學(xué)科的最新成果，在講課中將有關(guān)計算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展動態(tài)介紹給學(xué)生，并在講課內(nèi)容方面不斷引進(jìn)新理論和新技術(shù)，使學(xué)生對本專業(yè)領(lǐng)域的現(xiàn)狀有一個大致的了解并清楚國內(nèi)與國外先進(jìn)技術(shù)的差距；不斷改善教學(xué)方式，積極采用多種手段來提高課堂教學(xué)效果。

四、結(jié)束語

通過對“計算機(jī)控制技術(shù)”課程教學(xué)的研究，在教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)手段等方面做了一些探索嘗試，在教學(xué)實踐過程中取得了較好的教學(xué)效果，提高了教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，培養(yǎng)了學(xué)生獨立動手和分析解決問題的能力。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和教學(xué)手段的進(jìn)步，該課程的任務(wù)還會不斷地被修改和完善。

參考文獻(xiàn)：

[1]李正軍.計算機(jī)控制系統(tǒng)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[2]賴壽宏.微型計算機(jī)控制技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

（責(zé)任編輯：宋秀麗）